Тепловой расчет котельных установок

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 6Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Тепловой расчет котельных установок

Методические указания для выполнения расчетной работы №2

Саранск 2001

Введение

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор по-требляют огромное количество теплоты на технологические нужды, венти-ляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.

Повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Тепловой расчет парового или водогрейного котла может быть конст-руктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при раз-работке новых паровых или водогрейных котлов специализированными про-ектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котло-строительных заводов. Поверочный расчет котельных агрегатов, выпускае-мых промышленностью, выполняется при проектировании источника тепло-снабжения, предназначенного для выработки пара или горячей воды.

При выполнении курсового проекта рекомендуется производить пове-рочный расчет с элементами конструктивного расчета отдельных поверхно-стей нагрева (пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогрева-теля).

Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.

Расчет топочных камер

Расчет однокамерных топок

Расчет теплообмена в топках паровых и водогрейных котлов основыва-ется на приложении теории подобия к топочным процессам. На базе этой теории в ЦКТИ имени И.И. Ползунова и ВТИ имени Ф.Э. Дзержинского раз-работан нормативный метод теплового расчета котельных агрегатов. В нор-мативном методе для расчета теплообмена в однокамерных и полуоткрытых топках рекомендуется формула, связывающая безразмерную температуру

продуктов сгорания на выходе из топки (q ¢¢) с критерием Больцмана (Bo),

т

степенью черноты топки (a_т) и параметром распределения температур по высоте топки:

(M), учитывающим характер

(2.4)

Безразмерная температура продуктов сгорания на выходе из топки (q ¢¢)

т

представляет собой отношение действительной абсолютной температуры на выходе из топки (T_т ¢) к абсолютной теоретической температуре продуктов

сгорания (T_а). Под теоретической температурой продуктов сгорания (адиа-

батной температурой) понимают максимальную температуру при сжигании топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха, которую могли бы иметь продукты сгорания, если бы в топке отсутствовал теплообмен с экран-ными поверхностями нагрева.

Критерий Больцмана представляет собой характеристическое число, контролирующее соотношение между конвективным переносом теплоты и излучением абсолютно черного тела при температуре рассматриваемого эле-ментарного объема.

Критерий Больцмана вычисляется по формуле

Степенью черноты топки (а_т) называют отношение излучательной

способности действительной топки к излучательной способности абсолютно черного тела. Степень черноты топки зависит от излучательной способности пламени факела, конструкции тепловоспринимающих поверхностей нагрева и степени их загрязнения.

Пламя факела представляет собой полупрозрачную излучающую, рас-сеивающую и поглощающую среду. Передача теплоты лучеиспусканием в такой среде связана с процессами испускания, рассеяния и поглощения энер-гии трехатомными газами и твердыми частицами. В зависимости от концен-трации, размеров и оптических констант твердых частиц, содержащихся в факеле, его излучательная способность может меняться весьма значительно.

Ослабление интенсивности излучения пламени происходит вследствие поглощения и рассеяния. Если луч проходит сквозь слой поглощающей сре-ды, происходит непрерывное уменьшение его интенсивности в направлении излучения.

Коэффициент пропорциональности (k), определяющий относительное изменение интенсивности луча в поглощающем слое единичной толщины, называют коэффициентом ослабления луча. Он определяет интенсивность ослабления лучей в поглощающей среде и, следовательно, характеризует полную поглощательную способность среды, определяемую как поглощени-ем, так и рассеянием.

В топочной камере основными газами, способными поглощать тепло-вые лучи, являются трехатомные газы, состоящие из RO₂ и водяных паров Н₂О. Поглощательная способность RO₂ при постоянном давлении и темпе-ратуре однозначно определяется произведением его парциального давления

) и толщины слоя (s). Поглощательная способность водяного пара при

заданной температуре зависит от двух величин: 1) от произведения парци-ального давления водяного пара и толщины слоя (p _{H 2 O} s) и 2) от толщины

слоя (s) либо от парциального давления (p _{H 2 O}).

Поглощающие объемы в топочных камерах котельных агрегатов имеют различную конфигурацию, следовательно, длина пути луча (l) может быть весьма различной в зависимости от его направления. В то же время длина всех лучей, падающих с поверхности полусферы на центр основания, одина-кова и равна радиусу полусферы.

Для облегчения расчетов используют не действительную длину лучей в разных направлениях, а эффективную длину луча, или толщину излучающего слоя. Под эффективной длиной луча, или толщиной излучающего слоя, по-нимают толщину слоя, равную радиусу полусферы, которая при прочих рав-ных условиях излучает на центр основания такое же количество энергии, ка-кое излучает оболочка иной формы на заданный на ней элемент поверхно-сти. Расчеты показывают, что все встречающиеся в промышленной практике объемы могут быть приближенно заменены соответствующими полусфери-ческими объемами.

При наличии в продуктах сгорания твердых взвешенных частиц их по-глощательная способность существенно изменяется. Твердые частицы, нахо-дящиеся в пламени, можно разделить на три группы: частицы золы, топлива и углерода. В светящихся пламенах частицы углерода представляют собой сажу, а в пылеугольных – кокс.

Коэффициент ослабления лучей – это основная характеристика любой мутной среды, определяющая ее излучательную, рассеивающую и поглоща-тельную способности. Поэтому применительно к топкам котельных агрега-тов задача сводится к определению коэффициента ослабления лучей в зави-симости от характера пламени.

При расчете несветящихся пламен необходимо определить коэффици-ент ослабления лучей только трехатомными газами, полусветящихся пламен

– дополнительно коэффициенты ослабления лучей частицами золы и кокса, а светящихся – частицами сажи.

Параметр M, входящий в уравнение (2.4), учитывает распределение температуры по высоте топочной камеры и характеризует влияние максиму-ма температуры пламени на эффект суммарного теплообмена. Он зависит от

вида топлива, способа его сжигания, типа горелок, их расположения на сте-нах топки и функционально связан с относительным уровнем расположения горелок по высоте топочной камеры. Под относительным расположением го-релок понимают отношение высоты расположения осей горелок (отсчиты-ваемой от пода топки или от середины холодной воронки) к общей высоте топки.

Поверочный расчет однокамерных и полуоткрытых топок производит-ся в такой последовательности.

1. Предварительно задаются температурой продуктов сгорания на вы-ходе из топочной камеры.

Для промышленных паровых и водогрейных котлов рекомендуется предварительно принимать температуру продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного газа 1050-1100° С, мазута 1000-1050° С.

2. Для принятой в п.1. температуры определяется энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки (по табл. 2.5 расчетной работы №1).

3. Подсчитывается полезное тепловыделение в топке (кДж/кг или

кДж/м³)

Коэффициент избытка воздуха в топке (a _т) принимается по табл. 2.3

расчетной работы №1. Приcосы воздуха в топку принимаются по табл.2.1 расчетной работы №1. Энтальпия теоретически необходимого горячего воз-

духа (I _г ⁰_{. в}) определяется по табл. 2.5 расчетной работы №1, а присосанного холодного воздуха при t_в = 30 ° С – по формуле (3.4) расчетной работы №1.

Для промышленных и водогрейных котлов, не имеющих воздухопо-догревателя, формула (2.7) принимает следующий вид:

Угловым коэффициентом (x) называется отношение количества энер-гии, посылаемой на облучаемую поверхность, к энергии излучения всей по-лусферической излучающей поверхности. Угловой коэффициент показывает, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемого одной по-верхностью, падает на другую поверхность и зависит от формы и взаимного расположения тел, находящихся в лучистом теплообмене. Значение x опре-деляется из рис. 2.3.

Коэффициент z учитывает снижение тепловосприятия экранных по-

верхностей нагрева вследствие их загрязнения наружными отложениями или закрытия огнеупорной массой. Коэффициент загрязнения принимается по

табл. 2.1. Если стены топки покрыты экранами с разными угловыми коэффи-циентами или частично покрыты огнеупорной массой (огнеупорным кирпи-чом), то определяется среднее значение коэффициента тепловой эффектив-ности. При этом для неэкранированных участков топки коэффициент тепло-вой эффективности (y) принимается равным нулю. При определении сред-

него коэффициента тепловой эффективности суммирование распространяет-ся на все участки топочных стен. Для этого стены топочной камеры должны быть разбиты на отдельные участки, в которых угловой коэффициент и ко-эффициент загрязнения неизменны.

ры, м².

6. Определяется коэффициент ослабления лучей. При сжигании жидко-го и газообразного топлива коэффициент ослабления лучей (м×МПа)^-1 зависит от коэффициентов ослабления лучей трехатомными газами (k _г) и сажистыми

частицами (k_с):

расчетной работы №1.

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами (k _г) определя-ется по номограмме (рис. 2.4) или по формуле (м×МПа)^-1:

в топочной камере котлоагрегата (для агрегатов, работающих без наддува, принимается p = 0,1 МПа); r_{H 2 O} – объемная доля водяных паров, берется из

табл. 2.3 расчетной работы №1; T ¢¢ – абсолютная температура на выходе из

т

топочной камеры, К (равна принятой по предварительной оценке).

Рис. 2.4. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газ

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, (м×МПа)^-1,

где C ^р, H ^р – содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого то-плива.

При сжигании природного газа

Рис. 4.5. Степень черноты продуктов сгорания a в зависимости от суммар-

ной оптической толщины среды kps

где m – коэффициент, характери-зующий долю топочного объема, заполненного светящейся частью факела, принимается по табл. 2.2; a_св, a_г –степень черноты светя-

щейся части факела и несветящихся трехатомных газов, какой обладал бы факел при заполнении всей топ-ки соответственно только светя-щимся пламенем или только несве-тящимися трехатомными газами.

Значения a_св и a_г определя-ются по формулам

здесь k _г и k_с – коэффициенты ослабления лучей трехатомными газами и са-

жистыми частицами.

8. Определяется степень черноты топки. Для камерных топок при сжи-гании жидкого топлива и газа

а = ^аф . (2.18)

^т а_ф +(1- а_ф) y _ср

9. Определяется параметр M в зависимости от относительного поло-жения максимума температура пламени по высоте топки (x_т):

при сжигании газа и мазута

Примечание. При удельных нагрузках топочного объема больше 400 и мень-ше 1000 кВт/м³ коэффициент m определяется линейной интерполяцией

Максимальное значение M, рассчитанное по формуле (2.19) для ка-мерных топок принимается не более 0,5.

Относительное положение максимума температуры для большинства топлив определяется как отношение высоты размещения горелок к общей высоте топки

где h_г подсчитывается как расстояние от пода топки или от середины холод-ной воронки до оси горелок, а H _т – как расстояние от пода топки или сере-

дины холодной воронки до середины выходного окна топки.

10. Определяется средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания на 1 кг сжигаемого жидкого топлива или на 1 м³ газа при нормальных усло-виях [кДж/(кг×К) или кДж(м³×К)]:

Q - I ¢¢

= ^т _¢ ^т _¢, (2.21)

Т_а - Т_т

где T_а – теоретическая (адиабатная) температура горения, К, определяемая из табл. 2.5 расчетной работы №1. по значению Q_т, равному энтальпии про-

берется из табл. 2.5 расчетной работы №1 при принятой на выходе из топки температуре; Q_т – полезное тепловыделение в топке (п. 3).

11. Определяется действительная температура на выходе из топки (° С) по номограмме (рис. 2.6) или формуле

Полученная температура на выходе из топки сравнивается с темпера-турой, принятой ранее в п.1. Если расхождение между полученной темпера-

турой (J ¢¢) и ранее принятой на выходе из топки не превысит ±100° С, то рас-

т

чет считается оконченным. В противном случае задаются новым, уточнен-ным, значением температуры на выходе из топки и весь расчет повторяется.

Рис. 2.6. Расчет теплопередачи в однокамерных и полуоткрытых топках

12. Определяется удельная нагрузка топочного объема (кВт/м³) по формуле:

Список литературы

1. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проек-тирование: Учеб. пособ. для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1989.

2. Эстеркин Р.И. Промышленные парогенерирующие установки.

3. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2- е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1985.

4. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства. Каталог справочник. – М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972.

5. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С Котельные установки (учебник для вузов). – М.: Изд-во литературы по строительству, 1966.

6. Браунс Э.Г. Проектирование промышленной котельной установки.

7. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. – М.: Энергия, 1966.

8. Гинзбург-Шик Л.Д. Современные котлоагрегаты.

9. Корнеичев А.И. Конспект лекций по курсу «Энергетические уста-новки».

10. Зарудный Л.Б. Расчет и конструирование парогенераторов энерго-технологических схем химической промышленности.

11. Липов Ю.М. Компоновка и тепловой расчет парогенераторов. 12. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Под

ред. Кузнецова.

13. Клюев А.Н., Малая Э.М. Теплоснабжение от тепловых сетей ТЭЦ и районных котельных.

14. Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных пред-приятий.

15. Потрошков В.А. Теплотехника. Сборник задач по курсу «Тепловые установки».

16. Тихонов В.Н., Добровинский Р.Ю. Тепловой расчет котельных агре-гатов ДКВР (методические указания по курсовому проектированию для студентов заочного факультета). Свердловск., 1972.

17. Шестаков Б.И. Методические указания по тепловому расчету ко-тельных агрегатов.

18. Панькевич В.В. Тепловой расчет топочных камер и радиационных поверхностей нагрева парогенераторов.

19. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат,

1977.

Содержание

Введение..................................................................................................................................... 2

1. Назначение, технические данные и устройство котлов ДКВР....................... 3

2. Расчет топочных камер................................................................................................... 6

2.1. Определение геометрических характеристик топок....................................... 6

2.2. Расчет однокамерных топок..................................................................................... 8

3. Расчет конвективных поверхностей нагрева....................................................... 17

3.1. Расчет конвективных пучков котла..................................................................... 17

3.2. Расчет конвективных пароперегревателей....................................................... 29

3.3. Расчет водяных экономайзеров............................................................................ 36

Приложения............................................................................................................................ 41

Список литературы............................................................................................................. 43

Тепловой расчет котельных установок

Методические указания для выполнения расчетной работы №2

Саранск 2001

Введение

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор по-требляют огромное количество теплоты на технологические нужды, венти-ляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.

Повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Тепловой расчет парового или водогрейного котла может быть конст-руктивным или поверочным. Конструктивный расчет выполняется при раз-работке новых паровых или водогрейных котлов специализированными про-ектно-конструкторскими институтами или конструкторскими бюро котло-строительных заводов. Поверочный расчет котельных агрегатов, выпускае-мых промышленностью, выполняется при проектировании источника тепло-снабжения, предназначенного для выработки пара или горячей воды.

При выполнении курсового проекта рекомендуется производить пове-рочный расчет с элементами конструктивного расчета отдельных поверхно-стей нагрева (пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогрева-теля).

Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США